UG和Moldflow在過濾網模具設計中的應用

訾建平，李同杰，李茂旭

(安徽科技學院機械工程學院，安徽鳳陽 233100)

過濾網一般用于分離多種流體介質，達到濾去雜質或提高塑化的效果。塑料過濾網占有一定的比例，注塑成型是塑料制品成型加工的重要方式之一[1]。注塑成型是一個非常復雜的物理過程，傳統的模具設計周期長、效率低，產品的質量很難保證[2]。隨著計算機仿真技術的出現，一系列的仿真軟件應運而生。其中UG和Moldflow是常用的模具設計仿真分析軟件，使得模具設計由傳統設計轉向現代模具設計方法。

本文以某公司生產的塑料過濾網為研究對象，針對其在模具設計過程中常出現的模具結構復雜、分型面不好確定和產品上熔接痕過多等問題，提出了解決方法。并在UG和Moldflow中進行仿真，完成分型面的選擇與澆注系統的優化。

1 過濾網模型與結構分析

利用UG軟件對某公司生產的塑料過濾網進行三維造型圖，如圖1所示。從圖1可以看出，該產品形狀復雜，外形為中空的圓柱形，在其圓周上均布著許多小方格的孔洞。過濾網的材料為ABS，總長為122mm，截面外徑尺寸為Φ33mm，內徑尺寸為Φ29mm，小方格的尺寸為5mm×5mm，要求大批量生產。過濾網對徑向與軸向的尺寸要求較高，進行模具設計時，產品不好順利脫模，方格孔注射時容易產生熔接痕，產品的質量與強度易受影響。

2 分型面的選擇

UG是一個功能強大的交互式CAD/CAM軟件，能實現多種復雜實體的建模，在機械設計、機器人、土木建筑等行業應用比較普遍，特別是在模具分模設計方面的應用更加廣泛[3]。在UG中模擬過濾網能夠順利脫模的分型面，確定模具的結構。

產品的分型面即動、定模的分界面，它的選擇合理與否直接關系到產品的最終成型，不僅關系到塑件能否順利脫模，而且還影響模具結構和制造成本[4]。考慮到過濾網的特殊性，模具的設計過程中，在保證徑向與軸向的尺寸不變，即外觀總體尺寸不變的前提下，小方格孔洞的形狀與尺寸可以適當改動。所以為了實現產品的順利脫模，在不易于脫模的部位設置了5°的拔模角，并在UG中進行了拔模分析，分析結果如圖2所示。圖2左側為原始產品的局部剖視圖，在產品的側壁上沿箭頭方向脫模時會產生干涉現象，導致產品無法順利脫模。圖2右側為產品拔模后的局部剖視圖，圓周上縱向肋骨的側壁面都垂直于水平面，橫向肋骨的側壁面都平行于水平面，這樣產品就可以沿箭頭方向順利脫模。

為了檢驗以上方法的可行性，在UG中對過濾網進行了建模，通過UG中的斜率分析對其進行驗證。如圖3所示，斜率在-0.1000～-0.0333之間為后模面，斜率在+0.0333～+0.1000之間為前模面，斜率在-0.0333～+0.0333之間為直身面。直身面在前模區域即屬于前模部分，在后模區域則屬于后模部分。模具沿前模與后模的分界線4進行分型，便可以做成兩板模，上下直接打開。最后產品的分型面可簡化成圖4所示的形式，模具設計成兩板模結構，這樣的模具開模更方便，經濟效益非常可觀。

3 Moldflow模流分析

實際運用中發現過濾網上的熔接痕太多，不僅影響產品外觀，而且在熔接痕處產品容易發生斷裂。但想徹底地除去熔接痕幾乎不可能，目前尚沒有一種理論方法能夠做到，只能最大限度地避免加工過程中熔接痕的產生[5-6]。解決熔接痕問題常采用的方法有改變澆口位置和數量、流道尺寸和產品壁厚等。

Moldflow軟件能在計算機上模擬產品注射成型的過程，及時發現成型過程中的問題。可以用它來模擬分析不同設計參數的變更對過濾網成型的影響，進行必要的改進設計及優化。在Moldflow中對過濾網的澆注系統進行優化，確定澆口位置和數量。

3.1 優化澆口位置

澆口位置的選擇會影響熔料在模腔內的流動，導致產品變形或產生熔接痕。對于不同的澆口位置，流動阻力指示器可以顯示熔料在其流動前沿的流阻，阻力越低，熔料流動越容易[7]。澆口匹配性可以評定模具上各個部位作為澆口位置的合理性，匹配因子越高越合理。使用Moldflow對流動阻力和澆口匹配性進行分析，結果如圖5和圖6所示。可以看出熔料流動阻力最低和澆口匹配性能最好的位置在過濾網的中間，所以澆口就設在這個位置。

3.2 優化澆口數量

澆口數量會對產品上的熔接痕產生影響，產品原始的澆注系統采用的是雙澆口注射，熔接痕比較明顯。在產品中間位置采用單澆口注射，并使用Moldflow分別對單澆口與雙澆口注射時的熔接痕進行分析。由于熔料匯合時不能完全融合，產品會產生表面缺陷，根據匯合角度的不同，缺陷分為熔接線和熔接痕。研究發現，熔接痕的性能明顯差于熔接線，所以分析時以熔接痕的分布為主。一般匯合角大于135°時產品表面形成熔接線，小于135°形成熔接痕[8]。在Moldflow里將熔接線設成135°，單澆口與雙澆口注射時的熔接痕圖，如圖7和圖8所示。對比發現雙澆口注射時，在產品側面形成的熔接痕比較密集，而單澆口注射時產品的熔接痕相對于雙澆口注射較少，所以過濾網的澆注系統采用單澆口注射，此時熔接痕有所改善。

Moldflow能夠仿真注塑過程，優化注塑成型的流程，提前預測模具不合理的地方，防止產品產生缺陷。在一定程度上減少了試模、修模的次數，節省了模具生產的費用和時間，提高了模具生產的效率。

4 結論

在UG中進行斜率分析，確定過濾網順利脫模的分型面在圓柱的最大輪廓線上，模具結構為上下打開的兩板模結構。在Moldflow中進行模流分析，確定最佳的澆口位置在過濾網中間。使用單澆口注射，過濾網的熔接痕問題能得到很大改善。利用UG和Moldflow相結合的方法進行模具的優化設計，縮短了設計周期，同時也為其它模具設計提供了理論基礎。